CN112796816A - 一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，是由局部通风系统、供水系统、净化除尘系统、自动控制系统组合而成。局部通风系统包括压风风机(17‑1)、压风筒(15)、抽风风机(17‑2)、抽风筒(16)，供水系统包括水泵、电动阀门、Y型过滤器、供水管、竖向水管，净化除尘系统包括喷雾装置、隔尘抑尘网，喷雾装置由横向水管和设置在横向水管上的若干个雾化喷嘴构成，自动控制系统包括粉尘传感器(13)、红外线感应开关(11)、电控箱(12)。本发明具有操作简单、运行可靠、实用性强等优点，有效防止掘进巷道通风系统出现风流利用率低和能耗增加的问题，以及粉尘进一步污染井下风流和其他作业场所现象的发生。
Description
技术领域
本发明属于地下矿山掘进巷道通风除尘技术领域，具体涉及一种金属矿掘进巷道的控尘抑尘系统，特别适合在金属矿掘进巷道循环通风系统中应用。
背景技术
矿井的通风及除尘效果，直接影响到矿井的安全和矿工的安全，也直接影响到矿山企业的可持续发展。目前我国金属矿山的开采大多已经进入深部开采，井下通风和除尘问题变得非常困难。矿井掘进巷道尤其是独头掘进巷道因没有贯穿风流，导致通风不畅、粉尘易积聚，如果仅考虑掘进巷道通风，并不考虑粉尘的净化问题，在巷道掘进过程中产生的粉尘还会继续污染井下风流和其他作业场所，同时大大降低通风风流的利用率。
在我国矿井生产中，通风机电耗占矿井总电耗的20-30％，个别矿井高达50％。因此，进入掘进巷道的通风风流经过净化后循环利用，实现掘进巷道的可控循环通风方式，其节能效果、经济效益和社会效益都是非常显著的。
当前，针对金属矿掘进巷道并没有有效的通风净化措施，对矿井通风的风流进行除尘、净化主要采用以下两种方式。(1)湿式作业：这种方法最简单，成本低，但除尘效率较低，只有30-50％；(2)机械除尘：机械除尘装置主要分干式除尘和湿式除尘两大类，这种方法除尘效率可达80-90％以上，但成本偏高。
为了净化井下粉尘，各金属矿主要采用湿式作业和局部通风的措施，但这种单一的湿式作业降尘方式很难对掘进巷道产生的粉尘进行全面捕集，原因是湿式作业主要将一定压力的水雾送入钻孔，湿润钻孔中的粉尘，并不能吸附未被湿润逸散到空气中的粉尘。即使增加水量，也不能达到理想的降尘效果。同时，局部通风方式仅仅能排除掘进工作面产生的部分粉尘，并未真正除去粉尘。
北京科技大学龚剑2015年撰写的博士论文《高海拔矿山掘进面粉尘运移规律及通风除尘系统优化》一文指出：对金属矿山掘进巷道采用多风口长压短抽通风除尘系统后，掘进工作面粉尘浓度由原来的151.8-247.4mg/m3，降为8.5-18.8mg/m3，平均除尘效率达到90％。该除尘系统虽然大大降低了掘进工作面的粉尘浓度，但仍需采取其他辅助措施防尘，否则通风风流仍然无法循环利用。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有金属矿掘进巷道的通风除尘效果不佳以及通风能耗高等问题，而提供一种操作简单、运行可靠、实用性强的用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统。
为实现本发明的上述目的，本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统采用以下技术方案：
本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，是由局部通风系统、供水系统、净化除尘系统、自动控制系统有机组合而成：
所述的局部通风系统包括压风风机、压风筒、抽风风机、抽风筒；压风筒和抽风筒分别布置在掘进巷道两侧的壁面，压风风机布置在中段大巷的侧壁，抽风风机布置在掘进巷道的侧壁，压风风机与压风筒的进气端相连，抽风风机与抽风筒的出气端相连；
所述的供水系统包括水泵、电动阀门、Y型过滤器、供水管、竖向水管；供水管布置在中段大巷内靠近掘进巷道一侧，水泵、电动阀门、Y型过滤器依次设置在供水管上，竖向水管布置在的掘进巷道、中段大巷交界处的侧壁上，竖向水管进水端与供水管出水端连通；采用Y型过滤器具有结构先进，阻力小，排污方便等特点。
所述的净化除尘系统包括喷雾装置、隔尘抑尘网；所述的喷雾装置由横向水管和设置在横向水管上的若干个雾化喷嘴构成，横向水管布置在掘进巷道顶板沿宽度方向，横向水管与供水系统中的竖向水管的上端连通；所述的隔尘抑尘网是由不锈钢钢丝沿横向和纵向织成的网格，隔尘抑尘网悬挂在掘进巷道断面上，喷雾装置位于隔尘抑尘网的顶部；喷雾装置喷出的水雾既可以拦截、捕集风流中的粉尘，还可以冲洗隔尘抑尘网上附着的粉尘。
所述的自动控制系统包括粉尘传感器、红外线感应开关、电控箱；粉尘传感器安装在掘进巷道的侧壁上；红外线感应开关为两个，对称布置在隔尘抑尘网的两侧中段大巷的壁面；电控箱布置在中段大巷内并位于隔尘抑尘网的一侧；粉尘传感器和红外线感应开关都通过导线连接到电控箱，电控箱分别与压风风机、抽风风机和水泵连接，依据粉尘传感器检测到掘进工作面的粉尘浓度，通过电控箱自动启动风压风风机、抽风风机和水泵，同时根据粉尘浓度的大小自动调节风压风风机、抽风风机的风量。粉尘浓度大时，就加大风量。
进一步地，所述的粉尘传感器为两个，分别安装在距离掘进工作面后方1～2米的掘进巷道的两侧壁位置。
进一步地，所述的横向水管的两端是封闭的，安装在横向水管上的相邻的雾化喷嘴之间的间距在400～600mm之间。
进一步地，所述的粉尘传感器的布设高度控制在1.45～1.55米范围之间，在该高度为呼吸带高度。
进一步地，所述的雾化喷嘴的喷雾方向向下；所述的尘抑尘网的网格规格为(4～6)mm×(4～6)mm，以5mm×5mm为佳。这种规格的网孔，既可以过滤、阻隔、吸附粉尘，又有利于降低风流阻力
传统的掘进巷道局部通风系统仅通过通风排尘技术手段排出掘进工作面产生的粉尘，并未从根本上解决井下粉尘的污染问题，局部通风系统将会使掘进工作面的粉尘排放到井下其他作业场所，进而对矿井通风系统的新鲜风流造成污染，同时大大降低通风系统风流的利用率和增加通风系统能耗。
与传统的掘进巷道局部通风系统相比，本发明采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
(1)本发明由局部通风系统、供水系统、净化除尘系统、自动控制系统有机组合构成，4个子系统协同配合，具有简单实用、运行可靠、实用性强等优点，能够有效防止掘进巷道通风系统出现风流利用率低和能耗增加的问题，以及粉尘进一步污染井下风流和其他作业场所现象的发生；
(2)通过智能控尘抑尘系统净化后的通风风流可以进入井下通风系统循环通风，掘进巷道断面口粉尘浓度降至1.5mg/m3左右，净化后的气流完全可以进入井下通风系统循环通风，有效地提高了矿井通风系统的风流利用效率，并实现按需通风和除尘；
(3)设计的净化除尘系统由喷雾装置、隔尘抑尘网组合构成，起到拦截、阻隔、捕集、吸附粉尘的叠加效果。工业试验结果表明，采用本发明，掘进巷道的粉尘浓度由改造前的31.5～222.5mg/m3大幅度降低至1.5～8.7mg/m3，除尘效率达到95％以上，取得了意想不到的技术效果。
附图说明
图1是本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统立面结构示意图；
图2是本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统的气流流向和控制系统平面布置示意图；
附图标记为：1-掘进巷道；2-中段大巷；3-水泵；4-电动阀门；5-Y型过滤器；6-供水管；7-竖向水管；8-横向水管；9-雾化喷嘴；10-隔尘抑尘网；11-红外线感应开关；12-电控箱；13-粉尘传感器；14-掘进工作面；15-压风筒；16-抽风筒；17-1-压风风机；17-2-抽风风机。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统作进一步详细说明。
由图1所示的本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统立面结构示意图并结合图2看出，本发明一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，是由局部通风系统、供水系统、净化除尘系统、自动控制系统组合而成：
所述的局部通风系统包括压风风机17-1、压风筒15、抽风风机17-2、抽风筒16；压风筒15和抽风筒16分别布置在掘进巷道1两侧的壁面，压风风机17-1布置在中段大巷2的侧壁，抽风风机17-2布置在掘进巷道1的侧壁，压风风机17-1与压风筒15的进气端相连，抽风风机17-2与抽风筒16的出气端相连；中段大巷2和掘进巷道1垂直连通。
所述的供水系统包括水泵3、电动阀门4、Y型过滤器5、供水管6、竖向水管7；供水管6布置在中段大巷2内靠近掘进巷道1一侧，水泵3、电动阀门4、Y型过滤器5依次设置在供水管6上，竖向水管7布置在的掘进巷道1、中段大巷2交界处的侧壁上，竖向水管7进水端与供水管6出水端连通。
所述的净化除尘系统包括喷雾装置、隔尘抑尘网10；所述的喷雾装置由横向水管8和设置在横向水管8上的若干个雾化喷嘴9构成，雾化喷嘴9的喷雾方向向下，相邻的雾化喷嘴9之间的间距在400～600mm之间，横向水管8布置在掘进巷道1顶板沿宽度方向，横向水管8与供水系统中的竖向水管7的上端连通，横向水管8的两端是封闭的；所述的隔尘抑尘网10是由不锈钢钢丝沿横向和纵向织成的网格，隔尘抑尘网10悬挂在掘进巷道1断面上，喷雾装置位于隔尘抑尘网10的顶部；所述的尘抑尘网10的网格规格为5mm×5mm。
所述的自动控制系统包括粉尘传感器13、红外线感应开关11、电控箱12；粉尘传感器13为两个，分别安装在距离掘进工作面14后方1～2米的掘进巷道1的两侧壁位置，粉尘传感器13的布设高度控制在1.45～1.55米范围之间；红外线感应开关11为两个，对称布置在隔尘抑尘网10的两侧中段大巷2的壁面；电控箱12布置在中段大巷2内并位于隔尘抑尘网10的一侧；粉尘传感器13和红外线感应开关11都通过导线连接到电控箱12，电控箱12分别与压风风机17-1、抽风风机17-2和水泵3连接，依据粉尘传感器13检测到掘进工作面14的粉尘浓度，通过电控箱12自动启动风压风风机17-1、抽风风机17-2和水泵3，同时根据粉尘浓度的大小自动调节风压风风机17-1、抽风风机17-2的风量。
中段大巷2上风侧中的通风风流通过压风风机17-1、压风筒15送入掘进巷道1，由于粉尘是随着风流扩散的，压风筒15风流以一定速度射向掘进工作面14，当风流达到掘进工作面14附近时，风流携带粉尘经抽风筒16排出掘进巷道1，最后经过布置在掘进巷道1断面口的隔尘抑尘网10净化后排入中段大巷2下风侧进入掘进巷道循环通风系统。
粉尘传感器13和红外线感应开关11都通过导线连接到电控箱12，依据粉尘传感器13检测掘进工作面14的粉尘浓度，通过电控箱12自动压风风机17-1、抽风风机17-2和水泵3。同时根据粉尘浓度的大小自动调节压风风机17-1、抽风风机17-2的风量，具体为粉尘传感器13所检测的粉尘浓度很小，则压风风机17-1、抽风风机17-2减速；若粉尘传感器13所检测的粉尘浓度变大，则控制压风风机17-1、抽风风机17-2增速，从而避免掘进工作面14粉尘浓度超限，实现按需通风和除尘。当有行人、设备经过中段大巷2和掘进巷道1所在的隔尘抑尘网10位置附近时，红外线感应开关11感应到行人、设备及其运行速度时，发射不同信号到电控箱12，电控箱12根据接收到的信号控制水泵的启停。
供水管6与矿井供水管路连接，将水源依次引入水泵3、电动阀门4、Y型过滤器5，再通过竖向水管7将水送入横向水管8。横向水管8的两端是封闭的，横向水管8内的水将从雾化喷嘴9内喷出，向下喷出的水雾在隔尘抑尘网10上形成水幕帘，对掘进巷道1断面口进行完全封闭，并形成了一个湿度较大的雾化凝集微环境。当含尘气流通过隔尘抑尘网10时，由于水幕帘的阻挡、吸附、捕捉作用达到净化风流的目的。同时在连续喷雾的作用下，对滞留在隔尘抑尘网10上的粉尘进行清洗，实现连续实时控尘和降尘。由于隔尘抑尘网10是由纤细的不锈钢钢丝交织而成，当有行人或者设备通过时，可轻松方便的抬起。
实施例：
在某铜矿井下一高为2.5m，宽为3.7m，长50m的掘进巷道中设置智能控尘抑尘系统，采用长压短抽通风系统，压风筒15与抽风筒16分别布置于掘进巷道1的两侧壁面，其距掘进工作面14的距离分别为20m和10m。供水管6采用公称直径为15mm的钢管，供水压力为2.5Mpa。根据掘进巷道的断面尺寸，在断面悬挂一块覆盖掘进巷道全断面口的隔尘抑尘网10，隔尘抑尘网10的材质为不锈钢钢丝，网格规格为5mm×5mm。沿掘进巷道1的宽度方向在隔尘抑尘网10的顶部安装一根公称直径为15mm的横向水管8，根据掘进巷道1的宽度，在横向水管8垂直向下方向每隔500mm焊接一个雾化喷嘴9，共焊接7个。
为验证智能控尘抑尘系统的除尘效果，采用美国TSI生产的Dust TRAK8250粉尘测定仪对现场粉尘进行多次测量。选择掘进巷道1呼吸带高度(1.5m处)的平面布置测点，第一个测点距离掘进工作面141m，后面每隔5m布置一个测点进行粉尘浓度测量，共布置9个检测点。
检测结果见表1所示。
表1掘进巷道粉尘浓度检测结果
由以上测定数据可以看出，掘进巷道1的粉尘浓度由改造前的31.5～-222.5mg/m3，降低至1.5～8.7mg/m3，粉尘浓度明显降低，除尘效率达到95％以上，说明通风除尘系统改造后，掘进巷道1的粉尘浓度大幅度降低，极大地改善了掘进工作面14的作业环境。
同时掘进巷道1的断面口粉尘浓度在1.5mg/m3左右，说明净化后的气流完全可以进入井下通风系统循环通风，有效地提高了矿井通风系统的风流利用率，取得了意想不到的技术效果。
Claims (6)
1.一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于它是由局部通风系统、供水系统、净化除尘系统、自动控制系统组合而成：
所述的局部通风系统包括压风风机(17-1)、压风筒(15)、抽风风机(17-2)、抽风筒(16)；压风筒(15)和抽风筒(16)分别布置在掘进巷道(1)两侧的壁面，压风风机(17-1)布置在中段大巷(2)的侧壁，抽风风机(17-2)布置在掘进巷道(1)的侧壁，压风风机(17-1)与压风筒(15)的进气端相连，抽风风机(17-2)与抽风筒(16)的出气端相连；
所述的供水系统包括水泵(3)、电动阀门(4)、Y型过滤器(5)、供水管(6)、竖向水管(7)；供水管(6)布置在中段大巷(2)内靠近掘进巷道(1)一侧，水泵(3)、电动阀门(4)、Y型过滤器(5)依次设置在供水管(6)上，竖向水管(7)布置在的掘进巷道(1)、中段大巷(2)交界处的侧壁上，竖向水管(7)进水端与供水管(6)出水端连通；
所述的净化除尘系统包括喷雾装置、隔尘抑尘网(10)；所述的喷雾装置由横向水管(8)和设置在横向水管(8)上的若干个雾化喷嘴(9)构成，横向水管(8)布置在掘进巷道(1)顶板沿宽度方向，横向水管(8)与供水系统中的竖向水管(7)的上端连通；所述的隔尘抑尘网(10)是由不锈钢钢丝沿横向和纵向织成的网格，隔尘抑尘网(10)悬挂在掘进巷道(1)断面上，喷雾装置位于隔尘抑尘网(10)的顶部；
所述的自动控制系统包括粉尘传感器(13)、红外线感应开关(11)、电控箱(12)；粉尘传感器(13)安装在掘进巷道(1)的侧壁上；红外线感应开关(11)为两个，对称布置在隔尘抑尘网(10)的两侧中段大巷(2)的壁面；电控箱(12)布置在中段大巷(2)内并位于隔尘抑尘网(10)的一侧；粉尘传感器(13)和红外线感应开关(11)都通过导线连接到电控箱(12)，电控箱(12)分别与压风风机(17-1)、抽风风机(17-2)和水泵(3)连接，依据粉尘传感器(13)检测到掘进工作面(14)的粉尘浓度，通过电控箱(12)自动启动风压风风机(17-1)、抽风风机(17-2)和水泵(3)，同时根据粉尘浓度的大小自动调节风压风风机(17-1)、抽风风机(17-2)的风量。
2.如权利要求1所述的一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于：所述的粉尘传感器(13)为两个，分别安装在距离掘进工作面(14)后方1～2米的掘进巷道(1)的两侧壁位置。
3.如权利要求1或2所述的一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于：所述的横向水管(8)的两端是封闭的，安装在横向水管(8)上的相邻的雾化喷嘴(9)之间的间距在400～600mm之间。
4.如权利要求3所述的一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于：所述的粉尘传感器(13)的布设高度控制在1.45～1.55米范围之间。
5.如权利要求4所述的一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于：所述的雾化喷嘴(9)的喷雾方向向下。
6.如权利要求5所述的一种用于金属矿掘进巷道循环通风的智能控尘抑尘系统，其特征在于：所述的尘抑尘网(10)的网格规格为(4～6)mm×(4～6)mm。
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